Электрическое напряжение. Физика

Электрическое напряжение. Физика

Вспомним, что назначение любого источника тока – долговременное поддержание неодинаковой электризации его полюсов, чтобы между ними существовало электрическое поле (см. § 8-ж). Только оно может заставить двигаться электроны в проводах и потребителях, приводя к нужному нам действию тока.
Обратимся к опыту (см. рисунок). Через обе лампы проходит ток одинаковой силы: 0,4 А. Но большая лампа светит ярче, то есть работает с большей мощностью, чем маленькая. Получается, мощность может быть различной при одинаковой силе тока.

Это действительно так, поскольку кроме силы тока, мощность зависит ещё от одной физической величины – электрического напряжения.Известно, что напряжение, создаваемое «батарейкой», меньше напряжения, создаваемого электросетью в розетке. Это значит, что поле между полюсами батарейки, двигая электроны по проводам и лампе слева, создаёт ток меньшей мощности, чем поле между контактами в розетке, двигающее электроны по проводам и лампе справа. Поэтому яркость ламп различна.
В физике зависимость электрической мощности одновременно от силы тока и напряжения представляют произведением:

P – мощность тока, Вт
I – сила тока, А
U – электрическое напряжение, В

По международному соглашению единицей электрического напряжения служит 1 вольт (1 В) – такое напряжение, которое при силе тока 1 А создаёт ток мощностью 1 Вт.
Для измерения напряжения используют приборвольтметр. Его всегда присоединяют параллельно тому участку цепи, на котором меряют напряжение.
Чтобы выяснить законы распределения напряжений в цепях с различным соединением проводников, проделаем опыты.
Измерим напряжение на различных участках цепи, состоящей из реостата и лампы, соединённых последовательно. Сначала измерим напряжение на всём соединении: Uобщ = 5 В (см. схему «а»). Затем – на лампе: U1 = 4 В (схема «б»). И, наконец, напряжение на реостате: U2 = 1 В (схема «в»).

Эти, а также аналогичные измерения показывают, что в цепи с последовательным соединением проводников напряжение на всём соединении равно сумме напряжений на отдельных проводниках:

Измерим напряжение на различных участках цепи с параллельным соединением двух ламп (заметим: они вовсе не обязательно одинаковые). На схеме «г» вольтметр измеряет общее напряжение: Uобщ = 5 В. На схемах «д» и «е» – напряжение на каждой из ламп: U1 = 5 В, U2 = 5 В.

Эти, а также аналогичные измерения показывают, что в цепи с параллельным соединением проводников напряжение на каждом из проводников равно напряжению на всём соединении:

Соответствие мощности светодиодных ламп и мощности ламп накаливания

Настоящей революцией в сфере освещения стали светодиодные лампы, которые появились на рынке совсем недавно, но уже успели завоевать народную любовь, с каждым днем закрепляя свои позиции. Многих потребителей, желающих перейти на светодиодное освещение, волнуют не энергосберегающие характеристики и не долговечность, которую выдают светодиодные лампы, соответствие мощности – вот главный вопрос, ответ на который каждый желает получить.

Отличия в мощности между светодиодными лампами и лампами накаливания

На практике проверить, насколько соответствует действительности заявленная мощность led лампы для дома, бывает очень сложно. Дело в том, что яркость светодиодной лампы зависит не только от мощности, которую гарантирует производитель, но и от силы тока. В любом случае, какой бы не была мощность, светодиоды издают мягкий приятный свет, который может быть теплым или холодным, в зависимости от выбранной модели. Если учитывать соответствие светодиодных ламп лампам накаливания, то можно сказать что обычной лампе накаливания на 75 Вт соответствует светодиодная лампа мощностью приблизительно 12 Вт. Такая разница в мощности получается из-за того, что КПД лампы накаливания гораздо ниже, нежели КПД led лампы.

Светодиодные лампы превосходят лампы накаливания по всем параметрам. Европа и Россия постепенно переходят на более современные системы освещения с использованием светодиодов, а лампы накаливания со временем вообще будут сняты с производства.

Срок службы светодиодной лампы составляет в среднем 50 тысяч часов, и даже по истечении этого срока лампа может продолжать работать, потеряв в мощности 30-50%, тогда как обычные лампы накаливания сгорают уже через 1000 часов работы, потребляя гораздо больше электрической энергии, нежели led лампы.

Конкурентные преимущества светодиодных ламп

Светодиоды являются абсолютно безопасными в использовании, они не содержат в составе вредных веществ, и не требуют специальной утилизации. Led лампы не нагреваются так, как лампы накаливания, поэтому позволяют обеспечить в доме хорошую пожарную безопасность.

Качественные светодиодные лампы, в отличие от ламп накаливания, не мерцают, что очень важно в темное время суток. Защита светодиодных ламп гораздо лучше защиты ламп накаливания. Они не имеют в составе ни хрупкой стеклянной колбы, ни нитей накала, выходящих из строя при малейшей встряске. Светодиодные лампы, наоборот, устойчивы к механическим повреждениям, поэтому могут использоваться как внутри помещения, так и снаружи.

Несмотря на то, что светодиодные лампы являются на сегодняшний день самым современным решением в области освещения, их совершенствование происходит буквально на глазах. Еще недавно обычной лампе накаливания 75 Вт соответствовала светодиодная лампа мощностью 16 Вт. Сейчас для освещения помещения используются led лампы на 10-12 Вт. В будущем, наверняка, светодиоды станут еще более экономичными и долговечными.

Как определить яркость светодиодной лампы

Выбор источников освещения напрямую обусловлен областью их применения.

Учитываются следующие факторы:

1. конкретное помещение;
2. влияние светового потока на жильцов;
3. необходимая освещенность;
4. потребляемая мощность.

В статье ниже речь пойдет об одном из этих факторов и его взаимодействии с другими аспектами, а именно о яркости светодиодных ламп.

Определение и применение

Данная характеристика зависит от потребляемой мощности, но ввиду более высокого КПД описываемых источников света по сравнению с классическими вариантами соотношение будет несколько иным. Измеряется в люменах (далее – Лм).

Так, комфортным для большинства жилых помещений является световой поток примерно в 1200-1600 Лм, но если раньше для этого требовалось потребление 100 Вт мощности, то теперь всего 12 Вт.

Все просто: изготовитель на упаковке указывает световой поток либо в люменах, либо в эквиваленте потребляемой мощности классических моделей с нитью накаливания. Пока последние не сняты с производства и в ряде случаев все еще популярны среди потребителей, вторая характеристика более уместна.

На фото показана разная яркость горения ламп

Второй вопрос – зависит ли сила света от формы изделия? В определенном смысле зависит, поскольку, чем больше внешние габариты, тем больше LED – элементов можно разместить внутри конструкции.

Для удобства запоминания яркости светодиодных ламп приведем сравнительную таблицу, в которой укажем силу светового потока, потребляемую мощность, а также мощность при сопоставимой интенсивности светового потока стандартных изделий с нитью накаливания.

Таким образом, как было сказано выше, источник освещения выбирается по яркости для конкретного помещения и места. Например, для подсветки пола, потолка и других элементов дизайна подойдут первый и второй варианты. Для прикроватной лампы третий является наиболее оптимальным.

В комнатах отдыха и детских помещениях, где нужен слегка рассеянный, приглушенный свет, вполне уместны средние значения. А если речь идет, скажем, об офисном освещении, где нужна максимальная освещенность, крайне желательно остановиться на последнем варианте.

Понижающий трансформатор следует использовать только в том случае, когда необходимо преобразовать переменный ток 220В в постоянный 12В. В другом случае он бесполезен, так как LED-изделие «вполнакала» не эксплуатируется и при подобных экспериментах быстро выходит из строя.

По этой же причине резистор тоже не лучший вариант. Проблема в том, что драйвер лампы рассчитан на определенные нагрузки, изменение которых негативно сказывается на сроке службы изделия в целом. Так что об использовании данных моделей в комплексе с реостатными выключателями тоже лучше забыть.

К аналогичному результату приведет и выпаивание части диодов, поскольку на оставшиеся возрастет нагрузка в виде увеличенного напряжения и силы тока.

Светодиодная лампа SmartBuy A60

В заключение хотелось бы напомнить следующее: чтобы товар соответствовал заявленный производителем характеристикам, приобретайте только изделия хорошо зарекомендовавших себя на рынке компаний. Да, по финансам это будет несколько дороже, чем плата за сомнительные экземпляры непонятного происхождения, но зато выигрыш в надежности и качестве очевиден.

Регулировка яркости светодиодных ламп — Магазин электрики

Регулировка яркости источников света используется для создания комфортной освещенности помещения или рабочего места.

Регулировка яркости возможна, если устройство имеет нескольких цепей, которые включаются отдельными выключателями. В этом случае возможно получить ступенчатое изменение освещенности.

Не так давно основными источниками света были лампы накаливания и точечные галогенные лампамы, которые позволяли регулировать яркость без каких-либо проблем. Ситуация изменилась с появлением энергосберегающих (компактных люминесцентных ламп), затем и светодиодных. Популярность светодиодов очевидна.

Устройство светодиода

Полупроводниковый диод — прибор, пропускающий электрический ток в одном направлении. Протекание тока не имеет линейной зависимости от приложенного напряжения, это напоминает ветвь параболы. Получается, что в случае приложения к светодиоду малого напряжения ток не протекает. Протечет ток в случае, когда напряжение на диоде превысит пороговое значение. Для обычных выпрямительных диодов значение колеблется от 0.3В до 0.8В в зависимости от типа материала. Диоды с основой из кремния потребляют около 0.7В, германия — 0.3В. Диоды Шоттки — порядка 0.3В.

Пороговое напряжение белого светодиода около 3В, зависит от полупроводника из которого он сделан. Цвет свечения зависит от того же. Красный светодиод имеет напряжение около 1.7 В.

Вольтамперные характеристики светодиодов

Яркость свечения светодиода зависит от силы тока через него

Яркость идеального светодиода линейно зависит от тока, но в реальности немного отличаются из-за дифференциального сопротивлением диода и его тепловых потерь. Светодиод — прибор, питающийся током, а не напряжением, поэтому, для регулировки его яркости следует изменять силу тока.

Конечно, сила тока зависит от приложенного напряжения, но как можно судить из первого графика, даже небольшое изменение напряжения влечет за собой несоизмеримое увеличение тока.

Регулировка яркости с посредством простого реостата бесполезно, т.к. уменьшение сопротивления реостата заставит светодиод быстро загореться, затем его яркость немного увеличивается, затем перегревается и выходит из строя.

Следовательно: нужно регулировать ток при определенном значении напряжения с небольшим изменением.

Способы регулировки яркости светодиодов: линейные «аналоговые» регуляторы

Логично использовать биполярный транзистор, т.к. его выходной ток зависит от входного тока, включенного по схеме общего коллектора.

Как работает

Меняем ток базы, изменяя падение напряжения на переходе эмиттер-база с помощью потенциометра R2. Резисторы R1 и R3 нужны для ограничения тока при максимально открытом транзисторе. Формула:

R=(Uпитания-Uпадения на светодиодах-Uпадения на транзисторе)/Iсвет.ном.

Схема егулирует ток через светодиоды и яркость свечения, при этом заметна ступенчатость на определенных положениях потенциометра. Вероятно, из-за того, что потенциометр был логарифмическим или из-за того, что любой pn-переход транзистора — это тот же диод с такой же ВАХ.

Эффективнее использовать схему стабилизатора тока на регулируемом стабилизаторе LM317, хотя её чаще применяют в роли стабилизатора напряжения.

Её можно использовать для получения фиксированного тока при постоянном напряжении. Это особенно полезно при подключении светодиодов к бортовой сети автомобиля, где напряжение в сети при заглушенном двигателе около 11.7-12В, а при заведенном доходит до 14.7В, разница более чем в 10%. Работает и при питании от блока питания.

асчёт выходного тока

В этом случае мы не получаем высокий КПД, т.к. все зависит от разницы напряжений между входом стабилизатора и его выходом. Всё напряжение теряем на LM-ке. Потери мощности здесь определяются по формуле:

Чтобы повысить эффективность работы регулятора, нужен ШИМ-регулятор.

ШИМ-регулировка

ШИМ — как широтно-импульсная модуляция. В основе лежит включение и выключение питания нагрузки на высокой скорости. Таким образом, мы получаем изменение тока через светодиод, поскольку каждый раз на него подается полное напряжение, необходимое для его открытия. Он быстро включается и отключается на полную яркость, но из-за инерционности зрения мы этого не замечаем и это выглядит как снижение яркости.

Теперь источник света может выдавать пульсации, не рекомендуется использовать источники света с пульсациями более 10%. Подробные значения для каждого вида помещений указаны в СНИП-23-05-95 (или 2010). Пульсирующий свет вызывает повышенную утомляемость, головные боли, стробоскопический эффект, когда вращающиеся детали кажутся неподвижными. Это недопустимо при работе на производствах.

Простейший вариант ШИМ-контроллерf на базе микросхемы-таймера NE555. Это популярная микросхема. Схема:

Регулировка яркости светодиодных ламп 220В

Обычные светодиодные лампы практически не диммируются. Схема питания обычных светодиодных ламп построена на базе балластного (конденсаторного) блока питания или на схеме простейшего импульсного понижающего преобразователя первого рода.
Для диммирования применяются специальные лампы, о чем всегда указывается на упаковке.

«Электрика+» — сеть оптово-розничных магазинов, специализирующаяся на продаже электротехнической продукции. Наши магазины электрики находятся в Горно-Алтайске и Майме. Осуществляем доставку электрики по республике Алтай. За 16 лет работы мы научились работать надежно и эффективно использовать свои ресурсы, постоянно расширяя ассортимент продукции и услуг. Также предлагаем комплектацию электротехнической продукцией строительно-монтажных объектов.
Осуществляем монтаж электропроводки, сборку электрощитов, прокладку наружних электрических сетей. Мы очень серьезно относимся к выбору поставщиков, поэтому вся продукция магазина выскокого качества. Вы можете купить электрику и быть уверены в ее соответствии ГОСТ. Оказываем услуги электрика.